JP2006167969A - インクジェット記録ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 インクジェット記録ヘッドの小型化、高精細を安価で高品位なものを可能にする製造方法を提供する。
【解決手段】 インクジェット記録ヘッドの主たる機能が形成されたＳｉ基板とそのＳｉ基板を保持し、外部インク供給機能を持つ支持部材の接着にＳｉ基板を貫通するインク供給口形成に用いた樹脂を用いて接着する。その際にインク供給口形成に用いる樹脂はインク供給口幅より狭く形成し、支持部材は相対するインク供給口と嵌合する凸部を有しておりインク供給口部に支持部材の凸部を挿入する時に、前記インク供給口より狭く形成された樹脂を折り曲げて挿入、接着を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インクジェット記録方式に用いる記録液小滴を発生するためのインクジェット記録ヘッドの製造方法に関する。

インクジェット記録方式に適用されるインクジェット記録ヘッドは、一般に微細な記録液吐出口、液流路及びこの流路の一部に設けられる複数の液体吐出エネルギー発生部並びに外部よりインクを供給するためのインク供給口を備えている。また、カラープリンターに搭載するインクジェット記録ヘッドは、各色に対応するインクジェット記録ヘッドを必要色数搭載し、１色１ヘッド形式で対応している。ここで、インクジェット記録ヘッドの構成を更に述べると、Ｓｉ基板上に複数の対となる液体吐出エネルギー発生部の液流路と記録液吐出口、インク供給口を形成した基板を外部インク供給系との接続、基板の保持等から何らかの支持部材と接着して構成される。

ここで、基板と支持部材の接着に関して詳細を述べると
安価で高精細なインクジェット記録ヘッドを提供するために基板を最低限必要なサイズに縮小した場合、基板と支持部材との接着面積も小域化する事により、インク漏れを起こさない信頼性の高い接着が困難となる。又、カラーのインクジェット記録ヘッドで同一基板上に複数色のインク吐出を可能とする構成の場合には各色間の隙間を最小限にすることもコストや高印字品に影響するため、隣接する異なるインク色との混色をさせない信頼性の高い接着が求められている。

そこで前記する公報ではＳｉ基板を貫通するインク供給口の外周に前記するインク供給口形成と同時に異方性エッチングで溝を形成し、この溝に相対する位置に、この溝と嵌合する凸部を設けた支持部材を用い、接着剤を塗布した後、基板を接着する製造方法が開示されている。しかしながら、前記する方法においてはインク供給口の外周に溝が必要なことから、基板の縮小化やカラーインクジェット記録ヘッドの色間の隙間を狭くするには溝の分だけムダが生じ、効率的ではなかった。

又、基板に設けた溝と支持部材に設けた凸部を嵌合させる場合にＳｉ基板の溝が損傷、又は支持部材の凸部の損傷によりゴミが発生する場合があった。

前記する公報では支持部材に設けた外部インク供給路の開口幅をＳｉ基板に設けたインク供給口幅より狭く形成し、基板と支持部材の接着の際にはみ出た接着剤が前記するＳｉ基板のインク供給より狭く形成した外部インク供給口との段差を埋める製造方法が提案されている。しかし、前記する方法は微細な接着材量の制御を必要とする。また、段差に溜めた接着剤を素早く硬化させないとインク吐出口への接着剤流入が起こり、不良となるなどの制約があった。そのため、段差の寸法を正確にする必要もあり、Ｓｉ基板のインク供給口と支持部材の外部インク供給口の位置合わせに厳密な精度が要求さており、高精度な位置合わせ技術が必要となっている。
特開平９−３１４８４１ 特開２００２−１５４２０９

インクジェット記録ヘッドの小液滴、高精細に伴い、安価で信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを提供するために、微細化したインクジェット記録ヘッドの形成されたＳｉ基板と支持部材との接着を信頼性が高く容易に製造可能な方法を提供するものである。

又、本発明は特別な工程を追加することなく、目的とするインク供給口内への接着剤流れ込みを防止すると共に、多数色を同一基板に形成する際の隣接する異色の混色を確実に防止し、さらに、Ｓｉ基板と支持部材との位置合わせが容易な方法を提供することにある。

インクを吐出するためのインク吐出エネルギーを発生させるインク吐出発生素子がそれぞれ位置されたＳｉ基板と、該Ｓｉ基板の上方に設けられた、インクを吐出する複数の吐出口と、該複数の吐出口にそれぞれ連通する複数のインク流路と、該複数のインク流路のそれぞれにインクを供給するための少なくとも１つのインク供給口を有し、前記Ｓｉ基板を支持するための支持部材とを有するインクジェット記録ヘッドの製造方法において、前記するインク供給口の形成をエッチングにより形成する際に耐エッチングマスクに用いる樹脂が前記支持部材との接着も兼ね備え、更に前記するインク供給口の外形より内側に樹脂を形成することで、インク供給口と相対する位置に形成する支持部材上の凸部（外部インク供給路となる）を挿入する際にＳｉ基板のインク供給口の損傷を防ぎ、且つ隙間のない接着を可能したことを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。

本発明の方法によれば、インク吐出エネルギー発生素子、吐出口、インク流路、インク供給口が形成されたＳｉ基板を支持部材との接着が容易で、接着剤がインク供給口から吐出口への流入がない、安定した製造が可能となる製造方法を提供できる。

又、前記するＳｉ基板と支持部材との位置合わせにおいても、高度な位置合わせ技術を必要とせず、インク供給口と支持部材の嵌合時における双方の損傷が防止でき、その事からゴミ等の発生を無くすことで不良の発生を無くすことが可能である。

更に、本発明の方法によればインクジェットの記録ヘッドの小型化、高精細を安価で高品位なものとして提供できる。

本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

一般的な、図２にその模式的斜視図の一例に示すようなインクジェット記録ヘッドは、Ｓｉ基板上にインク吐出エネルギー発生素子があり、このインク吐出エネルギー発生素子に合わせて、インク流路、吐出口が所望の本数形成され、更に各インク流路にインクを供給するための共通液室、インク供給口が形成されている。又、インク吐出エネルギー発生素子を駆動するための電気信号を外部より供給するための電極部が設けられている。

これらの製造方法として、ウエハーと呼ばれるＳｉ基板に加工や機能素子を積層する方法としては一般的な半導体デバイスの製造に使用される様に同一Ｓｉ基板上から複数個のデバイスを形成する多数個取りで行われ、最終的には個々のデバイスに切断（ダイシングと呼ばれる）が行われる製造工程を用いている。従って、同一Ｓｉ基板から如何に数多くのデバイスの収量が得られるかが製造コストに影響する。本発明も特に言及はしていないが同様な手法で製造可能である。

本発明の形態を図２のＡ−Ａ′断面で以下、順に説明する。

図３はＳｉ基板１にインク吐出エネルギー発生素子２、及び不図示の電極部、等が形成されている。その詳細は本発明とは重要な関わりがなく、従来公知の方法で形成可能であることから詳細は省略する。

図４はＳｉ基板１を貫通するインク供給口７を形成するための耐エッチングマスクとなる樹脂３を所望のインク供給口の開口となるパターンで形成したところを示す模式的断面図である。前記する樹脂３のパターンはＳｉ基板１のエッチングに耐性を持ち、後に支持部材との接着を兼ねることから、両機能を併せ持つ材料の選択が必要である。本発明においては、熱可塑性の材料であるポリエーテルアミド樹脂、アミド樹脂、等が適しており、本発明の一実施例としてポリエーテルアミド樹脂を用いている。本発明の加工方法はＳｉ基板１にインク吐出エネルギー発生素子２の形成された面と反対側の裏面に樹脂３を塗布して形成する。ここで、樹脂３はインク供給口７の開口となるパターンを形成するためにフォトリソグラフィー技術を用いる。使用する樹脂３自体に感光性を有する場合には予め所望のパターンが形成されたフォトマスクを用いて、パターンの位置合わせを行った後に露光を行い現像を行うことで形成できる。又、樹脂３が感光性を有しない場合には塗布した樹脂３上にフォトレジストを用いフォトレジストのパターンを用いてエッチング形成することで可能となる。又、樹脂３の膜厚に関しても特に限定するものではない。かかるフォトリソグラフィー技術に関しては、公知技術で容易に可能である。

図５はインク流路となるパターンを形成したところの第１の固体層４を示す模式的断面図である。

図６はインク流路パターンとなる第１の固体層４上を被覆する様に第２の固体層５を被覆し、吐出口６を形成したところを示す模式的断面図である。

図７はＳｉ基板１を貫通するインク供給口７の形成に異方性エッチング技術を用いた形成例を示す模式的断面図である。異方性エッチング技術に関しても特別な手法によらず公知の技術で可能である。ここで、前述した樹脂３が耐エッチングマスクとなりエッチングを行うが、一般的に化学反応を利用した湿式エッチングにおいては、耐エッチングマスクの寸法より被エッチング寸法が大きくなるという通称サイドエッチングと呼ばれる現象が起こることは知られている。異方性エッチングはこのサイドエッチング量が比較的少ないとされているが、例外ではない。

本発明のポイントは耐エッチングマスクである樹脂３の前記するサイドエッチングにより発生したヒサシ状に張り出した部分が重要となる。従来はこの部分を残留させると、後にインクジェット記録ヘッドとして稼働中にヒサシ部分の損傷により、破片がインク供給口、インク流路や吐出口を閉塞してインクの供給を妨げる懸念があることから異方性エッチング後は樹脂３を積極的に除去する工程を行っていた。本発明は発想を替えて樹脂３のヒサシ部を積極的に利用することで、除去工程の削減とインク供給口の開口部エッジの保護を兼ねる効果を生むものである。又、本発明の方法はサイドエッチング量を特に限定するものではない。サイドエッチング量に関しては、エッチング条件によって左右されることから予め実験により所望のサイドエッチング量を検討して条件設定すれば良い。

本発明に用いた異方性エッチング以外にも、等方性エッチングや反応ガスによるドライエッチング技術においても同様の手法が当てはまる。

図８はインク流路となる第１の固体層４を除去して、インクジェット記録ヘッドの主たる機能が完成したところを示す模式的断面図である。

図９インクジェット記録ヘッドの主たる構造の形成されたＳｉ基板１と前記するＳｉ基板１の保持と外部よりインクをインク供給口７へ供給する構造を持った支持部材１００を接合するところを示す模式的断面図である。

ここではＳｉ基板１に形成されたインク供給口７の開口に合わせ、接合時には嵌合するような形状に加工された凸部を有する支持部材１００を用い、インク供給口７へ挿入するように接合する。又、前記する凸部は外部よりインクを供給するための構造を兼ねている。その際、先に述べたサイドエッチングにより発生したヒサシ状の樹脂３を折り曲げながら挿入を行うことで、挿入時のＳｉ基板１と支持部材１００の凸部の干渉による双方の部材へのダメージも軽減される。又、樹脂３があることによりインク供給口７と支持部材１００に形成された凸部の位置合わせも比較的容易な方法（樹脂３により、部材同士のダメージが軽減できることから、厳密な位置合わせを行わなくてもある程度の位置に合わせた後、加震させる等で容易に嵌め込みが可能）で合わせることが可能となり、位置合わせ装置も安価な装置で可能であることから製造コストも安価になる利点がある。

図１はインク供給口７に支持部材１００の凸部を挿入した後、熱圧着を行い接着を完了させる。熱圧着は使用する樹脂３の特性に依存するが、筆者の経験から樹脂材料のガラス転移点以上の温度に加熱することで良好な結果が得られる。加圧する圧力も限定するものではなく、所望の接着強度が得られるように調整すればよい。又、接着強度を高める手法として、減圧下での熱圧着や接着前の樹脂、或いは支持部材へ常圧（大気圧）或いは減圧プラズマやオゾン処理といった表面改質を施すことを併用することは接着力を高める手法として更に効果的である。

（他の実施形態）
図１０、１１はインクジェット記録ヘッドの主たる構造の形成されたＳｉ基板１と前記するＳｉ基板１の保持と外部よりインクをインク供給口７へ供給する構造を持った支持部材１００との接着が更に強固なものを必要とする場合の態様を示す模式的断面図である。

図１０に至るまでの前工程は前記する図３から図７までは同様に行いインク供給口７を形成後に樹脂３のパターンの態様を、Ｓｉ基板１の外形より内側となるパターン形成を行う。形成方法はフォトリソグラフィー技術やレーザー加工、等を用いることが可能でパターンの精度はそれほど厳密にする必要はない。図１０の模式的断面図に示すようにＳｉ基板１と支持部材１００の接着後に樹脂３の厚さとＳｉ基板１の外形より小さい領域の隙間を設けることに特徴がある。

図１１では図１０により形成された隙間を利用して、Ｓｉ基板１の側面より接着剤を塗布する事により強固な接着と接着剤がインク供給口７側に流入する事を防止する効果がある。

図１２は同一のＳｉ基板１上に複数の異なる色を吐出可能なインクジェット記録ヘッドの形態を示す模式的上面図である。

図１３、図１４は図１２のＡ−Ａ′断面を示す模式的断面図である。本発明の方法によれば、これまで述べた通りの全く同じ手順で、同一基板上に複数の異なる色を吐出するようなインクジェット記録ヘッドを効率よく配置し、小型化する製造に最も適している。異なる色間の間隔も最小に効率よく形成可能なため、基板の小型化が図れ、しかも接着信頼性が高い高品位なインクジェット記録ヘッドを安価に製造可能な方法である。

図１４は接着剤を併用する形態を示したものである。インクＡとインクＢとインクＣの色間の樹脂３のパターンはスリット状の形成でスリットの開口部より接着剤を毛細管現象を利用して注入している。

本発明の最も良く表す形態であるＳｉ基板と支持部材が樹脂により接着された状態を示す模式的断面図である。 インクジェット記録ヘッドの構造を示す模式的斜視図である。 インク吐出エネルギー発生素子、等の形成されたＳｉ基板を示す模式的断面図である。 Ｓｉ基板の裏面に樹脂パターンを形成したところを示す模式的断面図である。 第１の固体層でインク流路となるパターンを形成したところを示す模式的断面図である。 第２の固体層を被覆し吐出口、等を形成したところを示す模式的断面図である。 Ｓｉ基板を貫通するインク供給口を形成したところを示す模式的断面図である。 第１の固体層を溶解除去したところを示す模式的断面図である。 インクジェット記録ヘッドの主たる機能が完了したＳｉ基板のインク供給口に嵌合するように形成された支持部材の凸部を挿入したところを示す模式的断面図である。 本発明の別実施例でＳｉ基板の裏面に形成する樹脂がＳｉ基板の外形より内側に形成された状態のものを支持部材と接着したところを示す模式的的断面図である。 Ｓｉ基板の側面より、液状接着剤を塗布して硬化させる形態を示す模式的断面図である。 同一のＳｉ基板に複数の色を吐出するインクジェット記録ヘッドの例を示す模式的上面図である。 図１２のＡ−Ａ′部の断面でＳｉ基板と支持部材を本発明の方法にて接着したところを示す模式的断面図である。 図１２のＡ−Ａ′部の断面でＳｉ基板と支持部材を本発明の方法にて接着し、接着剤を併用したところを示す模式的断面図である。

符号の説明

１ Ｓｉ基板
６ 吐出口
２ インク吐出エネルギー発生素子
７ インク供給口
３ 樹脂
１００ 支持部材
４ 第１の固体層
２００ 接着剤
５ 第２の固体層

Claims (4)

1. インクを吐出するためのインク吐出エネルギーを発生させるインク吐出発生素子がそれぞれ位置されたＳｉ基板と、該Ｓｉ基板の上方に設けられた、インクを吐出する複数の吐出口と、該複数の吐出口にそれぞれ連通する複数のインク流路と、該複数のインク流路のそれぞれにインクを供給するための少なくとも１つのインク供給口を有し、前記Ｓｉ基板を支持するための支持部材とを有するインクジェット記録ヘッドの製造方法において、前記するインク供給口の形成をエッチングにより形成する際に耐エッチングマスクに用いる樹脂が前記支持部材との接着も兼ね備え、更に前記するインク供給口の外形より内側に樹脂を形成することで、インク供給口と相対する位置に形成された支持部材上の凸部（外部インク供給路となる）の挿入部における接着を可能にしたことを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
2. 請求項１の方法であって、エッチングによるインク供給口形成に用いる耐エッチングマスクの外形がＳｉ基板に形成するインク供給口の外形より内側となる形成方法として、Ｓｉ基板のエッチングにおけるサイドエッチング現象を利用したことを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
3. インクを吐出するためのインク吐出エネルギーを発生させるインク吐出発生素子がそれぞれ位置されたＳｉ基板と、該Ｓｉ基板の上方に設けられた、インクを吐出する複数の吐出口と、該複数の吐出口にそれぞれ連通する複数のインク流路と、該複数のインク流路のそれぞれにインクを供給するための複数のインク供給口と、前記Ｓｉ基板を支持するための支持部材とを有し、複数の異なる色のインクを吐出する事ができる請求項１．２の方法を用いたインクジェット記録ヘッドの製造方法。
4. インクを吐出するためのインク吐出エネルギーを発生させるインク吐出発生素子がそれぞれ位置されたＳｉ基板と、該Ｓｉ基板の上方に設けられた、インクを吐出する複数の吐出口と、該複数の吐出口にそれぞれ連通する複数のインク流路と、該複数のインク流路のそれぞれにインクを供給するための少なくとも１つのインク供給口を有し、前記Ｓｉ基板を支持するための支持部材とを有するインクジェット記録ヘッドの製造方法において、前記するインク供給口の形成をエッチングにより形成する際に耐エッチングマスクに用いる樹脂が前記支持部材との接着も兼ね備え、更に前記するインク供給口部より内側に樹脂を形成し、又、Ｓｉ基板の外形より内側に形成することで、インク供給口側はインク供給口と相対する位置に形成する支持部材上の凸部（外部インク供給路となる）と接着し、Ｓｉ基板の外形より内側に形成した樹脂部はＳｉ基板と支持部材の接着強度を高めるためにＳｉ基板外周に接着剤を付加した場合の接着隙間であり、且つインク供給口側への接着剤流入を防止することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。

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